What is a thyristor and how does it differ from a diode?

A thyristor, also called a silicon controlled rectifier (SCR), conducts current in one direction from anode to cathode like a diode, but includes a gate terminal for control. Unlike a diode, a small current pulse to the gate is required to switch the thyristor on. The thyristor can also be switched off when forward current drops below a latching threshold, enabling precise power regulation.

What is the internal structure of a thyristor?

Thyristors are four-layer devices composed of alternating P and N-type semiconductor materials, forming a PNPN structure with three junctions. The anode lead connects to P-type material at one end, the cathode connects to N-type material at the other end, and the gate connects to the P-type layer nearest the cathode.

How does the firing angle affect thyristor output voltage?

The firing angle is the phase difference between the gate pulse and the zero crossing of the AC source. As the firing angle increases, the thyristor triggers later in the positive cycle, resulting in a more chopped output voltage and decreased mean output voltage. A zero-degree firing angle produces complete half-wave rectification, while higher angles progressively reduce power delivered to the load.

What are the two stable states of a thyristor?

Thyristors are bi-stable devices that can rest in two states: forward conducting mode and blocking mode. In forward conducting mode, the thyristor conducts current as long as source voltage is positive and current remains above the latching threshold. In blocking mode, the thyristor blocks current in both directions until a gate pulse triggers it back into conduction.

What practical applications use thyristor rectifiers?

Thyristors control power in light dimmers, motor speed controllers, and voltage regulators. Home and office light dimmers use a potentiometer to change thyristor firing angle, adjusting power to light bulbs. High-voltage thyristors also enable arc discharge applications like carbon nanotube synthesis and arc welding, where they control power that creates the electrical arc.

What safety precautions are necessary when working with thyristor rectifier circuits?

When working with 120-volt AC power, avoid contact with exposed wires to prevent electrocution and injury. Do not touch any circuit components while energized and do not ground the VARIAC. For comprehensive guidance, consult electrical safety precautions and basic equipment protocols before beginning experiments.

How does a gate pulse trigger a thyristor into conduction?

A small current pulse to the gate terminal switches the thyristor on, allowing forward current to flow from anode to cathode. This pulse must occur while the source voltage is positive; otherwise, the thyristor remains off and blocks current. Once triggered, the thyristor continues conducting as long as forward current stays above the latching threshold.

사이리스터 정류기

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주의: 이 실험 중에 활력을 불어넣는 동안 회로의 일부를 만지지 마십시오. VARIAC를 접지하지 마십시오.

이 실험의 경우 60Hz의 저주파및 35V의 피크에서 가변 변압기(VARIAC)가 주 AC 소스로 사용된다.

1. 설정

시작하기 전에 차동 프로브를 하나의 범위 채널에 연결합니다.
1. 차동 프로브의 버튼을 1/20(또는 20X) 감쇠로 설정합니다.
범위 채널 메뉴에서 차동 프로브에 20X를 사용할 수 없는 한 프로브를 10배로 설정합니다. 10X를 선택하면 측정 값이나 결과를 2배 씩 수동으로 곱하여 원하는 20X에 도달합니다.
VARIAC를 설정하려면 VARIAC 출력(일반 리셉터클처럼 보이는)이 케이블에 연결되어 있지 않은지 확인합니다.
1. VARIAC를 끄고 노브가 0으로 설정되어 있는지 확인합니다.
2. VARIAC 노브를 약 15% 출력으로 천천히 조정합니다.
차동 프로브를 회로에 연결하기 전에 프로브의 단단을 함께 묶고 측정된 파형을 화면에 조정하여 0 오프셋 전압을 표시합니다.
출력 케이블을 VARIAC에 연결하고 VARIAC 출력 바나나 플러그를 가로질러 차동 전압 프로브를 연결합니다.
1. VARIAC를 켭니다.
2. 35V 피크를 달성하기 위해 VARIAC를 약간 조정합니다.
참조에 사용 _하려면 V의 복사본을 가져 가라. 2~5개의 기본 주기를 표시합니다.
VARIAC를 끕니다. 실험의 나머지 부분에 대한 노브 설정을 조정하지 마십시오.

2. 저항 하중과 제로 발사 각도와 하프 웨이브 정류기 SCR 회로

주요 정류기 구성 요소는 TYN058인 SCR(S)입니다. 하중저항기(R)는51 Ω. SCR 제어 회로는 도 1의 점선 상자에 동봉되어 있습니다.
제어 회로는 다이오드(1N4004), 1kΩ 저항기(R_1),수동으로 변경되는 제어 저항기(R_2),및 세라믹(극성 없음) 1 μF 커패시터(C)를 사용합니다.
1. SCR 및 다이오드 극성 올바른지 확인합니다. SCR 핀 할당이 도 2에 표시되는 동안 다이오드의 대시는 음극에 있습니다.
프로토 보드에 도 1에 표시된 회로를 구축합니다. R₂대신 단락을 사용합니다.
하중 저항기를 가로질러 차동 전압 프로브를 연결하여 출력 전압, V_{출력을 관찰합니다.}
VARIAC를 켭니다.
범위의 시간 기준을 조정하여 V에서 캡처된 동일한 기본 주기 수에 대해 _V를 표시합니다. 파형의 복사본을 만듭니다.
1. 평균 또는 평균 V_{를 측정합니다.}
2. SCR 턴오프 지점과 다음 SCR 턴온 지점 사이를 확대합니다. 범위 커서를 사용하여 시간 차이를 측정합니다. 파형의 복사본을 만듭니다.
다음 부분에 대해 차동 프로브 연결 및 기타 회로 연결을 동일하게 유지합니다.
VARIAC를 끕니다. VARIAC 전압 설정을 변경하지 마십시오.

그림 2: SCR의 핀 할당.

3. 저항 하중및 제로가 아닌 발사 각도가 있는 하프 웨이브 정류기 SCR 회로

두 개의 다른 저항기는 R_2로사용됩니다. 값은 100에서 1000 Ω 사이여야 합니다. 저항은 저항 색상 코드를 읽거나 디지털 멀티미터로 측정할 수 있습니다.

앵글 세팅 #1(소형 _R2)
1. R₂대신 이전에 사용되었던 단락을 제거합니다.
2. R 2에 대한 작은 저항 값을 _{연결합니다.}
3. VARIAC를 켭니다.
4. 범위의 시간 기준을 조정하여 V에 대해 캡처된 동일한 수의 기본 주기에 대해 _V를 표시합니다. 파형의 복사본을 만듭니다.
5. 평균 또는 평균 V_{를 측정합니다.}
6. SCR 턴오프 지점과 다음 SCR 턴온 지점 사이를 확대합니다. 범위 커서를 사용하여 시간 차이를 측정합니다. 파형의 복사본을 만듭니다.
7. 다음 부분에 대해 차동 프로브 연결 및 기타 회로 연결을 동일하게 유지합니다.
8. VARIAC를 끕니다. 회로를 분해하거나 VARIAC 전압 설정을 변경하지 마십시오.
각도 설정 #2(소형 R₂₎
1. R_2를 더 큰 값 저항자로 바꿉습니다.
2. VARIAC를 켭니다.
3. 범위의 시간 기준을 조정하여 V에 대해 캡처된 동일한 수의 기본 주기에 대해 _V를 표시합니다. 파형의 복사본을 만듭니다.
4. 평균 또는 평균 V_{를 측정합니다.}
5. SCR 턴오프 지점과 다음 SCR 턴온 지점 사이를 확대합니다. 범위 커서를 사용하여 시간 차이를 측정합니다. 파형의 복사본을 만듭니다. 평균 값은 이 방정식에서 예상되는 값이어야 합니다.
  <V_아웃> =V₀[1+cos(α)]/(π) (1)
  이는 입력의 피크 전압의 절반 미만입니다.
6. VARIAC를 끕니다. 회로를 분해하고 VARIAC 설정을 0으로 반환합니다.

출처: 알리 바지, 코네티컷 대학교 전기 공학학과, 스토스, CT.

다이오드와 유사하게 실리콘 제어 직류기(SCRs)라고도 하는 흉선은 양극에서 음극으로 한 방향으로 전류를 전달하고 다른 방향으로 전류 흐름을 차단합니다. 그러나 현재 통로는 "게이트" 단단을 통해 제어…

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